Hidrológiai Közlöny 1990 (70. évfolyam)

2. szám - Benedek Pál: Biotechnológia a környezetvédelemben

66 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 1990. 70. fiVF., 1. SZÁM 1. táblázat A biotechnológia műszaki feladatcsoportjai Zlokarnik (1985) nyomán Biotechnológiai eljárások Bio-reakciókinetika Bio-reakciótechnika Mérés-irányítástechnika Reakciósebességi összefüggések, hőmérsékletfüggés, reakcióentalpia, biokatalízis (toxikus) gátlások Reak torfejlesztés, bioanyag immobilizáció (fixfilmes reaktorok), stabilizációs technika, anyagtranszport (oxigénbevitel), hőátvitel, reológia, hidraulika Szenzorfejlesztés, matematikai modellek, elektronika, villamosmérnöki feladatok A biotechnológiát megvalósító eljárásokban az élőlények (mikroorganizmusok), vagy ezek enzimjei által katalizált reakciók hasznosulnak. Ezek a reakciók az 1. táblázat szerint a bio-reakciókinetika, a bio-reakciótechnika és a mérés-irányítás-technika tudományterületeinek igénybevételével hozhatók létre. A biotechnológia üzemi méretű megvalósításánál két alapvető kérdés vetődik fel, nevezetesen, hogy az 2. láb láza Példák az „alkalmazott fermentációra" továbbiakban biotechnológiai eljárásokra Eljárás Alkalmazási Megjegyzések jellemzője terület Nem-aszeptikus SzennyvíztiszA legnagyobb tömeges és el járás títás folyamatos fermentáció Biogáz-előálAnaerob fermentáció lítás (szennyvíziszap, egyéb szerves hulladékok) Hagyományos Szőlőből préselt természetes borkészítés mustból FémvisszanyeTermészetben előforduló rés Thiobacillus sp. alkalmazásával igen nagy tömegben Nem-aszeptikus Sörgyártás eljárás speciális mikrobiálís beoltás igényével Bortömeggyártás Kenyér-élesztő gyártás Tejfermentáció Alkoholgyártás Részben steril eljárás (élesztő hozzáadása miatt) Specifikus „oltóanyag" hozzáadásával Melaszból hagyományos aerob szaporítással Patogének kizárása céljából (a tejet pasztörizálják) Élesztő alkalmazásával Aszeptikus Antibiotikumeljárás speciális gyártás mikrobiálís oltóanyaggal Szakaszos fermentáció, magasfokú szabályozástechnikával Protein gyártás Folyamatos fermentáció Aszeptikus, Növényi patokülönleges zárt génszervezetek rendszerű eljá- előállítása rás Nagyüzemi módszer aszparagináz és xanthán előállítására üzem szakaszos, illetve folytonos-e, továbbá, hogy az alkalmazott mikrobiálís kultúrák homogén vagy inhomogén jellegűek-e? A kettő összefügg egymással. A folyamatos reaktorüzem megvalósítása ugyanis a homogén tiszta kutúrák alkalmazásánál megkívánt steril körülmények biztosításának nehézségeibe ütközik (Zlokarnik, 1985). Az inhomogén (kevert) kultúrák esetében, így pl. a biológiai szennyvíztisztításnál a folyamatos rendszer viszont hagyományos, bevált üzemmód (Benedek és Valló, szerk. 1990). A biotechnológia iparok egy része (pl. élesztő-, ecet-, szeszgyártás, általában enzimes folyamatok) igen régi keletű. Ezeket összefoglaló néven „fermentációs iparnak" hívják és az alkalmazott reaktorokat fermentoroknak nevezik (ma már ezek az elnevezések kissé anakronisztikusan hangzanak!). A különböző „alkalmazott fementációkra", korszerűbben biotechnológiai eljárásokra egyébként a 2. táblázat mutat be néhány j>éldát. Néhány szót kell szólnunk a mikrobiálís fiziológia fogalmáról is. A mikrobiálís fiziológia a mikroorganizmusok, a metabolizmus és a környezeti változások közötti összefüggéseket kutatja. A mikroorganizmusok az irányú képessége, hogy megváltoztatják (modulálják) sejtstrukturájukat, anyagcseréjüket és életfunkcióikat, ha külső körülmények erre késztetik őket, óriási lehetőséget jelent a biotechnológia ipari alkalmazásának területén és különösképpen a szennyvíztisztítási eljárásokban. Az utóbbi években igen nagy kutatási energiát fektettek be annak érdekében, hogy megismerjék és manipulálják a mikrobiálís „genomot" új gyártmányok és eljárások kidolgozása céljából (Zlokarnik, 1985). 2. A környezetvédelmi biotechnológia íogalma A környezetvédelemben elsősorban hulladékok ártalmatlanításáról van szó, melyek lehetnek folyadék-, szilárd-, vagy gáz fázisban. A hulladékok túlnyomó többsége visszanyerhető hasznos termék: víz, növényi tápanyag (trágya), takarmány és energia formájában. A hulladékok hasznosítása viszont egy sor gazdasági megfontolást vet fel. Végül is tehát a környezetvédelmi biotechnológia olyan tudomány, amely a biotechnológia eszköztárát a hulladékok — egészségre vagy adott ökológiai rendszerre káros anyagok — ártalmatlanítására, kivonására és hasznosítására veszi igénybe. A hasznosításra vonatkozóan azt a megjegyzést kell tennünk, hogy ennek egyelőre még esetleges jellege van, továbbá az alkalmazott biotechnológiai módszerek nem szükségszerűen környezetvédelemspecifikusak. A 3. táblázatban állítottunk össze példákat a hulladékértékesítés lehetőségeire. Ezekből a példákból is kitűnik, hogy a biotechnológia körébe tartozó ipari tevékenység jó része is nagy mértékben környezetszennyező, sok hulladékot termel. Egy-egy sörgyár például több százezres város szennyvizével azonos nagyságrendben termelhet folyékony és szilárd hulladékot. Még ennél is nagyobb szennyezést okozhatnak az iparszerű állattartó telepek. A biotechnológiai iparok szennyezésére azonban az jellemző, hogy hulla-